Kredit:CC0 Public Domain
I en nyligen publicerad studie publicerad i Earth and Planetary Astrophysics , ett team av forskare från University of Texas i Arlington, Valdosta State University, Georgia Institute of Technology och National Radio Astronomy Observatory uppskattade hur många månar teoretiskt skulle kunna kretsa runt jorden samtidigt som nuvarande förhållanden som orbital stabilitet bibehålls. Denna studie öppnar potentialen för bättre förståelse av planetbildningsprocesser som också kan användas för att identifiera exomuner som eventuellt kretsar runt jordliknande exoplaneter också.
"I ett tidigare arbete undersökte jag planetpackning för Alpha Centauri binär", säger Dr. Billy Quarles, biträdande professor i astronomi och astrofysik vid Valdosta State University, och medförfattare till studien. "I så fall utvecklade jag en uppskattning av antalet planeter som kunde existera inom varje stjärnas beboeliga zon. I det scenariot gav den beboeliga zonen naturliga gränsförhållanden, där jag kunde använda samma dynamiska formalism för problemet med månar (med jord-sol-systemet som ett binärt system.) För att definiera den yttre gränsen utvecklade en av mina medförfattare ett schema som vi kunde använda. Genom att kombinera dessa idéer förväntade vi oss att>10 Ceres-, 6 Pluto- och 4 Objekt i lunastorlek skulle vara möjliga (dvs tabell 2 från vår tidning)."
Medan det finns över 200 månar i vårt solsystem, kretsar bara tre terrestra (steniga) planeter:vår måne (Luna) runt jorden och Phobos och Deimos runt Mars. De återstående 200+ månarna kretsar runt alla gasjättarna, inklusive Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Som studien noterar förväntas denna stora skillnad eftersom "de upplever olika bildningsmekanismer och orbitala evolutionsprocesser." Studien diskuterar hur det maximalt tillåtna antalet månar som kan finnas runt jorden beror på de antagna storlekarna på själva månarna. I det här fallet använde forskarna Ceres-, Pluto- och Luna-objekt för att bestämma hur många av varje som framgångsrikt kunde kretsa runt jorden. Resultaten visade att orbital stabilitet kunde upprätthållas med satelliter upp till 7 ± 1 Ceres-massa, 4 ± 1 Pluto-massa och 3 ± 1 Luna-mass månar.
"Överraskningen var att prototyperna med lägre massa var mer begränsade, vilket vi tillskriver deras ökade sannolikhet för spridning (från en lägre tröghet)," sa Quarles. "Störningarna från närliggande månar är tillräckliga för att orsaka betydande spridning inom några tusen år. Vi var tvungna att minska antalet månar för att förklara detta."
Som sett med Jupiters galileiska månar kan små satelliter som kretsar kring en mycket större planetkropp resultera i vad som kallas tidvattenuppvärmning, där den konstanta sträckningen och komprimeringen av de mycket mindre satellitupplevelserna leder till intressanta resultat, för att inkludera vulkanism på Io och ett inre hav på Europa. Men kan ett flermånssystem med jorden också uppleva samma resultat?
"Tidvattenuppvärmning av månarna i sig kan vara möjlig, men det är oklart i omfattningen av uppvärmningen utan att utföra detaljerade simuleringar", säger Dr Quarles. "Det är frestande att antyda att den innersta månen skulle kunna likna Io, men dess tidvattenuppvärmning beror delvis på genomsnittliga rörelseresonanser med de andra galileiska månarna. I våra system destabiliserar medelrörelseresonanser satellitsystemet till stor del eftersom solen lägger till varje månens excentricitetstillväxt och eventuell spridning."
Tillsammans med potentialen för uppvärmning av tidvatten, breddar denna studie potentiellt även sökandet efter exomuner som kretsar kring exoplaneter. Tyvärr, medan antalet bekräftade exoplaneter är i tusental, är antalet bekräftade exomooner för närvarande mindre än en bråkdel av det antalet.
"För närvarande har vi två exomoon-kandidater (Kepler-1625b-i och Kepler-1708b-i), men deras respektive värdplanet liknar Jupiter", säger Dr Quarles. "Kandidatmånarna är också båda större än jorden. Dessa mer exotiska fall kan vara lättare att identifiera på liknande sätt Hot Jupiters var lättare att upptäcka över mindre planeter under exoplaneternas tidiga dagar. Men flera planetsystem upptäcktes strax efter de första bone-fide exoplaneterna. Vi förväntar oss något liknande för exomuner. När vi har flera kandidatexomåner som kretsar kring samma planet, kommer vårt arbete att ha större nytta. De begränsningar vi hittar är ganska optimistiska, där mer realistiska förhållanden förmodligen kommer att begränsa antalet av månar ytterligare. I fotometriska mätningar kan bakgrundsobjekt efterlikna transitsignalen från en kandidatexomån, och vårt arbete ger en fysisk grund för att begränsa antalet förväntade månar när man testar olika hypoteser."
Dr Suman Satyal, en adjungerad biträdande professor i fysik vid University of Texas i Arlington och huvudförfattare till studien, sa att eftersom jorden kan ha mer än en måne, ökar detta sannolikheten för att upptäcka exomuner. "Detta borde ge exomoonobservatörer en idé om den övre gränsen för antalet månar runt jordens planet som kretsar runt en solliknande stjärna," sa han.
Hur många exomuner finns det i kosmos, och finns det en jordliknande exoplanet med flera exomuner som kan stödja liv? Svaret kommer med tiden. + Utforska vidare
